Pokud vaše záběry někdy vypadají, jako byste je nahráli při zemětřesení, není to vaše chyba. Žádné video z ruky nebude dokonale stabilní; dokonce i snímky pořízené na stativu se mohou při fotografování s plným teleobjektivem chvět. Špatné vibrace však můžete ze svých programů odstranit pomocí stabilizace obrazu.
Systémy stabilizátorů obrazu mohou výrazně snížit chvění vašich snímků; ale abyste ji mohli používat, musíte investovat do videokamery, která ji obsahuje. Než o tom tedy budete uvažovat, měli byste vědět, jak dobře funguje stabilizace obrazu, zda se vám to vyplatí a jaké máte možnosti při výběru systému.
V tomto článku se podíváme na druhy a příčiny chvění fotoaparátu, dvě velmi odlišné metody jeho kompenzace a další způsob, jak zcela ovládat vibrace. Začněme s důvody chvění fotoaparátu.
Vše o chvění fotoaparátu
Videoobrazy se chvějí, protože se hýbala videokamera, která je natočila; to je dostatečně zřejmé. Ale různé druhy pohybu způsobují různé druhy škubání.
Nejčastější příčinou pohybu je jednoduše lidský svalový systém. Paže držíme v klidu prostřednictvím napětí mezi protilehlými skupinami svalů, flexorů a extenzorů. Výsledkem je nepřetržité přetahování – výsledkem je nepatrný, ale neustálý pohyb tam a zpět.
Chcete-li to demonstrovat, ukažte jedním prstem na slovo na této stránce, pak zavřete jedno oko a druhým prostudujte prst. Uvidíte, že je naprosto nemožné zabránit tomu, aby se prst mírně pohnul vzhledem ke slovu. Totéž se stane, když držíte videokameru.
Druhou největší příčinou chvění kamery je pohyb z místa na místo. Pokaždé, když uděláte krok, pošlete svým tělem malou rázovou vlnu, která způsobí, že to, co vidíte, mírně poskočí. Nevšimnete si toho, protože váš mozek kompenzuje narážející obraz, ale vaše bezmozková videokamera poslušně zaznamenává obraz, který skáče při každém otřesném kroku.
Posledním hlavním zdrojem chvění obrazu jsou vibrace, rezonance, která způsobuje opakované nárazy v rychlých a pravidelných intervalech. Nejběžnějším zdrojem vibrací jsou stroje – například motor automobilu.
Za určitých okolností můžete trpět dvěma nebo třemi druhy otřesů najednou. Když se například držíte za ruku v jedoucím vozidle, musíte se současně vyrovnávat s napjatými svaly, hrboly na vozovce a vibracemi motoru.
Je důležité porozumět různým druhům pohybu. Proč? Protože systémy stabilizace obrazu, aby fungovaly dobře, používají různé metody k tlumení různých typů otřesů. Jak brzy uvidíme, jejich řídicí mikročipy jsou efektivnější při detekci a kompenzaci určitých frekvencí a amplitud pohybu. Jinými slovy, pravděpodobnost, že se nechtěný pohyb dostane do vašeho videa, závisí na tom, jak často k němu dochází a jak je silný.
Nejběžnější frekvence otřesů leží mezi jednou a 20 za sekundu. Mírný třes rukou a paží se obvykle pohybuje mezi třemi až pěti cykly za sekundu (c.p.s.). Nevyladěný motor auta pokulhává při 1200 ot./min. bude vibrovat při 20 c.p.s. (za předpokladu jednoho vibračního cyklu na otáčku motoru).
Praktické důsledky
Typ chvění videokamery ovlivňuje typ chvění obrazu, ke kterému dochází. Pomalý, mírný pohyb paží vytváří mírné kolísání, které není vždy nepříjemné. Velmi rychlé, pravidelné vibrace způsobí, že se celý obraz bude zdát rozostřený. Mezitím může hrbolatá chůze nebo jízda vytvořit nepravidelný kolébavý pohyb, který může některým divákům ve skutečnosti způsobit nevolnost.
Účinek na obraz závisí také na ohniskové vzdálenosti, na kterou nastavíte objektiv videokamery. Při extrémně širokoúhlém záběru je většina chvění fotoaparátu přijatelná nebo dokonce nepostřehnutelná. Ale při plném teleobjektivu zvětšíte pohyb fotoaparátu přímo s objektem. Pokud jste se někdy zkoušeli držet za ruku při sledování fotbalového nebo baseballového zápasu na dálku, víte, že výsledky mohou vypadat, jako byste nahrávali z veslice na rozbouřeném moři.
Chvění fotoaparátu ovlivňuje ještě jeden faktor:hmotnost a design videokamery. Když jsou všechny ostatní věci stejné, těžší videokamery VHS plné velikosti mají tendenci být stabilnější než jejich příbuzné VHS-C a 8mm. Důvod:jednoduchá setrvačnost. Čím větší hmotnost, tím větší síla je zapotřebí k pohybu.
V oddělení designu se videokamery, které uživatelům umožňují držet je dál od obličeje, snadněji udržují ve stabilní poloze. Vaše ruce a paže mohou fungovat jako tlumiče nárazů, ale kostěná obruba kolem oka, kterou přitisknete k hledáčku, přenese každou vibraci z vašeho těla do fotoaparátu. Na druhou stranu, když si při natáčení přitisknete videokameru plné velikosti k tváři, pevný kufr jejího těla zvýší stabilitu. To je jeden z důvodů, proč většina provozovatelů kamer ENG (elektronické shromažďování zpráv) stále dává přednost kamerovým jednotkám plné velikosti.
Teď, když jsme prozkoumali typy a vlastnosti chvění fotoaparátu, se můžeme podívat na to, jak se je různí výrobci snaží kompenzovat. Existují dva základní přístupy:elektronický a optický.
Elektronická stabilizace obrazu
Jak již název napovídá, elektronická stabilizace obrazu (EIS) snižuje otřesy tím, že s obrázkem manipuluje elektronicky. Zde je návod, jak EIS funguje.
Ve videokameře vybavené elektronickou stabilizací obrazu nezaznamená řídicí obvody celý obraz dopadající na čip snímající světlo fotoaparátu. Místo toho zaznamenává asi 90 procent plochy čipu. Když je kamera v klidu, je těchto 90 procent vystředěno zleva doprava a shora dolů, jak můžete vidět na obrázku 1a. [[[Obrázek 1]]]
Nyní předpokládejme, že kamera trhne doleva. Tím se obraz posune na pravou stranu zaznamenaného snímku a výsledkem je roztřesený obraz (obrázek 1b).
Pokud má kamera EIS, pak se věci změní. Když narazíte na kameru, použitá část čtené oblasti obrazu na samotném čipu se elektricky posune proti směru pohybu, aby se kompenzovalo množství pohybu, a tím sleduje předmět záběru (obrázek 1c).
Jak kamera ví, kdy a kam má posunout zaznamenanou část obrazu čipu? Analýzou jednoho ze dvou různých druhů informací:1) změny v obrazu samotném; nebo 2) změny polohy videokamery. (Každá konkrétní videokamera používá pouze jeden z těchto dvou přístupů.)
Analýza obrazu. Jednou z metod detekce pohybu kamery je použití mikročipu k analýze změn z jednoho obrazového pole na další. (Jak víte, jeden snímek videa se skládá ze dvou prokládaných polí.) Obvody kamery obsahují dvě „paměti pole“, z nichž každá nakrátko ukládá jedno pole. To znamená, že jedna paměť ukládá pole jedna, pak pole tři a potom pět. Druhý ukládá dvě, čtyři a pak šest – a tak dále.
Mikročip v podstatě hledá pohyb porovnáním vybraných oblastí druhého pole v každém snímku se stejnými plochami prvního pole. Zde je to, co hledá:
- Pokud se snímek v některých oblastech liší od pole a od pole b, ale snímek v jiných oblastech nikoli, pak se pohybuje předmět, nikoli fotoaparát. Objekt například prochází rámem, ale pozadí zůstává nehybné.
- Pokud se obraz ve všech oblastech liší o stejnou hodnotu, znamená to, že se celý obraz posouvá – a to může znamenat chvění fotoaparátu.
Pokud tedy porovnání dvou polí neukáže jednotnou změnu, obvod EIS nedělá nic. Pokud ano, čip analyzuje směr pohybu a posune aktivní segment CCD v opačném směru. Když se obraz klikatí, zahýbá přesně o stejnou hodnotu.
Všimněte si, co jsme řekli dříve:že jednotná změna v celém poli může znamenat chvění kamery. Někdy může být velké množství pohybu způsobeno, uhodli jste, pohybem velkého předmětu. To vysvětluje největší nevýhodu většiny systémů EIS – nedokážou rozeznat rozdíl mezi pohybem kamery a pohybem objektu, který vyplňuje většinu záběru.
Snímání pohybu. Zatímco některé systémy EIS analyzují změnu obrazu z pole na pole, jiné snímají a interpretují pohyb samotné kamery. Malé, citlivé detektory pohybu hlásí každý fyzický posun videokamery. Protože vůbec neanalyzují obraz, pohybové senzory se nenechají oklamat pohybem objektu.
Ale stále se mohou nechat oklamat. Co když se kamera záměrně pohybuje – panorámování, naklánění nebo sledování? Co brání jakémukoli schématu EIS v tom, aby narušilo svůj hrb ve snaze kompenzovat velké pohyby videokamery?
Teplé a neostré počítačové čipy
„Fuzzy logika“, to je ono. Fuzzy logika je speciální typ instrukční sady, která umožňuje počítači odhadovat. Aby počítač normálně fungoval, musí mít naprosto dokonalou situaci „když/pak/jinak“. Pro hodně zjednodušený příklad si představte auto řízené počítačem. Prostřednictvím svého naprogramování počítač ví, že pokud svítí červená, zastavte auto; pokud je světlo jinak, pokračujte. Na další křižovatce počítač mluví se senzorem na povrchu:„Je světlo červené nebo ne?“
"Ne," odpoví senzor a auto pokračuje.
Ale při dalším přejezdu se počítač zeptá:"Červená, nebo ne?" Senzor hlásí:„Tady není žádné brzdové světlo.“
"To není červené," říká počítač a řídí auto přímo k nehodě.
Ale s programováním fuzzy logiky může počítač místo toho odpovědět:„Žádné světlo? Dobře, blíží se tedy něco na křižovatce?“
"Ne."
"Pak je pravděpodobně v pořádku jít, takže to risknu."
Fuzzy logika, stručně řečeno, umožňuje počítači, který čelí nejistým okolnostem, dosáhnout nejlepšího záběru – což je u videokamery stabilní záběr. Pokud se celý obraz i nadále rovnoměrně mění, čip si uvědomí, že jde spíše o pohyb kamery než o chvění, a nesnaží se to kompenzovat.
Fuzzy logika je také užitečná při detekci a kompenzaci různých typů otřesů. Zde se vracíme k frekvenci a amplitudě. Analýzou a identifikací konkrétního typu otřesů může mikročip optimalizovat svou kompenzaci.
První pokusy o stabilizaci obrazu byly omezeny tím, že byly účinné pouze v úzkém rozsahu frekvencí. Systém optimalizovaný pro pohyby paží při čtyřech nebo pěti cyklech za sekundu nedokázal dostatečně rychle reagovat na rychlé vibrace. Na druhou stranu systém navržený tak, aby tlumil vibrace, měl tendenci přehnaně reagovat na pomalejší pohyby.
V dnešních stabilizačních systémech je však řídicí obvod schopen doladit odezvu tak, aby odpovídala typu otřesů.
Přestože jsme diskutovali o pohybových senzorech, řídicích čipech a fuzzy logice v kontextu elektronické stabilizace obrazu, přesně to samé platí také pro optickou stabilizaci. Ale pokud jsou snímání a programování v podstatě stejné, optická kompenzace je zcela odlišný přístup.
Optická stabilizace obrazu
Optická stabilizace obrazu funguje ještě předtím, než obraz dopadne na CCD, takže nejsou nutné žádné elektronické úpravy a obraz může vyplnit 100 procent povrchu čipu.
Ve skutečnosti optické systémy odvedou svou práci ještě předtím, než se obraz vůbec dostane do objektivu videokamery. Princip je jednoduchý:umístěte optický hranol mezi scénu a objektiv, aby se posunutý obraz ohnul zpět do středu.
Jednoduché? Suuure! Hranol láme světlo pouze podél jedné jediné osy; ale chvění obrazu se nekonečně mění ve směru i amplitudě. Žádný jednotlivý hranol nemůže kompenzovat všechny typy toulec a toulec.
Inženýři společnosti Canon tedy vymysleli důmyslné řešení:„měkký“ hranol, jehož osa lomu se mění, když jej ohýbáte. Aby vytvořili tento variabilní hranol, umístí dva kusy optického skla s mezerou mezi nimi, které jsou obklopeny harmonikou skládaným válcem (viz obrázek 2).
[[[Obrázek 2 zde]]]
Vyplňují prostor mezi skleněnými prvky tekutým křemíkem, který má velmi vysoký index lomu.
Roztažení trubice harmoniky v libovolném bodě kolem jejího okraje ji stlačí na opačné straně, což změní úhel mezi skleněnými prvky. Pokud to považujete za ciferník, rozšíření okraje v devět hodin nakloní sklo směrem ke třem hodinám; roztažení v deset hodin nakloní sklo směrem ke čtvrté hodině a tak dále. Lehce roztáhněte ráfek do úzkého úhlu; roztáhněte jej úplněji pro širší úhel.
Výsledek:hranol, jehož osa je nekonečně proměnná přes 360 stupňů a jehož úhel lomu je také proměnný. V praxi to znamená, že ať se obraz vychyluje kterýmkoli směrem, hranol jej může nasměrovat zpět do středu CCD.
Chcete-li vidět, jak to funguje, podívejte se na obrázek 3.
[[[obrázek 3 zde]]]
Obrázek 3a ukazuje obraz muže a ženy nasměrovaný čočkou na CCD. (Pamatujte si, že čočky videokamer jsou mnohem složitější než toto jednoduché schéma.) Na obrázku 3b se čočka mírně vychyluje směrem dolů, takže obraz se v rámečku posunul nahoru a změnil polohu na CCD. Výsledek se zobrazí jako chvění obrazu.
Obrázek 3c ukazuje, co se stane, když vložíte proměnný hranol Canon. Roztažením nahoře tak, aby kompenzovalo posun obrazu, hranol láme obraz zpět do středu CCD. V důsledku toho se objekty neposouvají vzhledem k rámu a chvění obrazu je účinně potlačeno.
Krátký vedlejší výlet
Navrženo tak, aby kompenzovalo chvění kamery, elektronické i optické systémy se pokoušejí zrušit jejich účinky poté, co k nim dojde. Další přístup ke stabilizaci:v první řadě zabraňte chvění fotoaparátu. Namísto stabilizace obrazu se tato metoda snaží stabilizovat samotnou videokameru.
Nejznámějším stabilizátorem kamery je Steadicam od Cinema Products, důmyslné využití systému pružinových ramen, který tlumí pohyb kamery. Postroje Steadicam plné velikosti pro práci s filmem jsou tak velké, že je operátoři nosí. A i když výsledky mohou být velkolepé – vznášení se s hercem dveřmi, do tří pater schodů, dolů úzkou chodbou a dalšími dveřmi – vyžadují značnou sílu a obratnost k ovládání spolu se spoustou cviku.
Steadicam kompenzuje masivní otřesy kamery, například při běhu po schodech. Je v úplně jiné lize než kamerové stabilizátory obrazu určené ke kompenzaci roztřesených rukou.
V posledních letech se však Steadicam JR stal populární metodou stabilizace. Steadicam JR, navržený pro kamery vážící méně než čtyři libry, funguje tak, že váhu kamery unáší na exoskeletonovém rameni, které drží operátor. To izoluje kameru od pohybů operátora.
Přestože jsou Steadicamy ve skutečnosti spíše fotoaparáty než stabilizátory obrazu, stručně jsme je zde zahrnuli pro pohled, který nabízejí na výhody a nevýhody elektronických a optických metod.
Pro a proti
Všechny tři stabilizační metody nabízejí směs pozitivních a negativních charakteristik.
Elektronické stabilizační systémy jsou kompaktní, protože nezvyšují objem objektivu, a rychlé, protože nemusejí nic fyzicky přemisťovat. Veškeré zvedání těžkých břemen probíhá elektronicky, při ultra vysoké rychlosti.
Na druhou stranu mnoho elektronických systémů obětuje kvalitu obrazu, protože využívá pouze 90 procent CCD. V důsledku toho musí být obraz elektronicky zvětšen, aby vyplnil zbývajících 10 procent snímku, s nevyhnutelnou ztrátou ostrosti.
Aby se tento problém vyřešil, výrobci nyní přecházejí na nadrozměrné čipy, na kterých se 90 procent plochy rovná 100 procentům běžného čipu. JVC model GR-SZ7 například poskytuje bezztrátový EIS díky CCD, které obsahuje 570 000 senzorů!
Dalším problémem některých jednotek je, že jejich účinnost se značně liší v závislosti na tlumených frekvencích.
Optické stabilizační systémy nevyžadují drahé nadrozměrné CCD, protože využívají celou plochu čipu. Modely, které jsme viděli, jako je videokamera Canon ES1000 Hi8, se mohou pochlubit pozoruhodně konzistentními výsledky v širokém rozsahu frekvencí vibrací. ES1000 účinně tlumí vibrace od 1 do 20 cyklů za sekundu; mezi třemi a 15 c.p.s. je její kompenzace účinná z více než 90 procent.
Zajisté, optické systémy platí malou pokutu za hmotnost a objem. A alespoň teoreticky nemohou reagovat tak rychle jako elektronické systémy, protože musí pohybovat fyzickými součástmi svých hranolů. Ale tyto nevýhody jsou při skutečném použití videokamery téměř nepostřehnutelné.
Pokud jde o Steadicam JR, efekty, kterých s ním můžete dosáhnout, jsou skutečně pozoruhodné – jako by vaše videokamera jela na hřbetu snášecího ptáka. Na druhou stranu je to drahé, pokud jde o příslušenství (kolem 400 $, cena na ulici). A dokonce i ve své nejmenší podobě dodává značnou velikost a objem.
Někteří uživatelé také hlásí, že jednotka má sama o sobě znepokojující mysl, když se s ní pokoušíte pohybovat. Ale možná by bylo spravedlivější říci, že i ten nejmladší Steadicam vyžaduje značnou dávku cviku, než jej zvládnout.
Všeobecně platí, že všechny tři systémy přidávají vašemu video outfitu větší či menší váhu, náklady a složitost. Ale dobrá zpráva je, že fungují skvěle! Porovnejte podobné záběry natočené jak se stabilizací obrazu, tak bez ní, a uvidíte zřejmý rozdíl. (Podrobnou zprávu o testování stabilizovaných videokamer v terénu naleznete v publikaci Robert J. Kerr's Image Stabilizers v srpnu 1993 Videomaker.)
Genealogie stabilizátorů
Další otázkou tedy je, kdo co vyrábí? Kde hledat elektronicky stabilizovanou kameru – nebo kameru s optickým systémem? Zde je neformální přehled některých výrobců a jejich nabídky produktů.
Elektronické systémy stabilizace obrazu jsou dostupné od Hitachi, JVC, Panasonic a Mitsubishi.
Canon vyvinul optický systém; jeho třetí nová a vylepšená inkarnace se objevuje v modelech, jako je ES1000 zmíněný dříve.
Pokud jde o Sony, musíte se podívat na každý model fotoaparátu, protože tento výrobce prodává tři různé systémy:
- Jednotky s nižší cenou využívají EIS s klasickým systémem elektronické analýzy obrazu pole.
- Vylepšete způsoby, najdete modely jako Hi8 TR400. Stále používá EIS, ale s kamerovými snímači pohybu namísto analýzy pole.
- Tam nahoře v bílé kravatě a ocasu je Sony Hi8 TR700, který používá skutečnou optickou stabilizaci licencovanou společností Canon.
A jako by to nebylo dostatečně matoucí:optický systém Sony je údajně první generací Canon, zatímco Canon samotný má až verzi tři, jak je uvedeno výše.
Kdo to potřebuje?
Když je vše řečeno a hotovo, opravdu potřebujete stabilizaci obrazu?
Krátká odpověď:pokud hodně sportujete nebo natáčíte divokou zvěř – nebo cokoli jiného, když zaparkujete objektiv na plný teleobjektiv a necháte ho tam – použijte stabilizaci. Zlepšení stability obrazu bude dramatické.
Pokud jsou vaše ruce přirozeně poněkud nestabilní (a přiznejte si to, většina z nás se nenarodila jako neurochirurgové), pravděpodobně budete mít konzistentní prospěch ze stabilizace obrazu při všech ohniskových vzdálenostech objektivu.
Jinak si to prohlédněte. Ve vašem přátelském sousedství videopůjčovny připojte stabilizovanou videokameru k velkému monitoru, nastavte zoom objektivu na plný teleobjektiv a hrajte si se systémem. Poté vypněte stabilizaci obrazu a zkontrolujte rozdíl na monitoru.
Pokud se rozhodnete, že chcete schéma elektronické analýzy pole, ověřte, že vybraná videokamera má příliš velký CCD, abyste nepřišli na úkor rozlišení.
Bylo by to ironické, že, kdybyste museli ztratit kvalitu obrazu v jednom oddělení, abyste ji získali v jiném?
Přispívající editor Videomaker Jim Stinson vytváří průmyslová videa, učí profesionální videoprodukci a píše mysteriózní fikci.